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미국 주변의 기술, 기술, 개체의 역사
우주 왕복선 셔틀과 부란. 발명과 생산의 역사
우주 왕복선 또는 간단히 우주 왕복선(eng. 우주 왕복선 - "우주 왕복선")은 미국의 재사용 가능한 수송 우주선입니다. 셔틀은 NASA의 우주 운송 시스템(STS) 정부 프로그램의 일부로 사용되었습니다. 셔틀은 낮은 지구 궤도와 지구 사이를 "셔틀처럼 빠르게 이동"하여 양방향으로 페이로드를 전달하는 것으로 이해되었습니다.
셔틀 프로그램은 1971년부터 NASA를 대신하여 North American Rockwell이 개발했습니다. 시스템을 만들 때 1960년대 Apollo 프로그램의 달 모듈에 여러 기술 솔루션이 사용되었습니다. 총 12대의 셔틀(그 중 1981대는 사고로 사망)과 21대의 프로토타입이 제작되었습니다. 우주 비행은 2011년 XNUMX월 XNUMX일부터 XNUMX년 XNUMX월 XNUMX일까지 수행되었습니다. 우주 발사는 드물었지만 발사체의 비용 문제는 그 자체로 많은 관심을 끌지 못했습니다. 그러나 우주 탐사가 진행되면서 그 중요성이 커지기 시작했습니다. 우주선을 발사하는 총 비용에서 발사체 비용은 다양합니다. 발사체가 직렬이고 발사하는 우주선이 고유한 경우 발사체 비용은 총 발사 비용의 약 10%입니다. 우주선이 직렬이고 캐리어가 고유한 경우 최대 40% 이상입니다. 우주 운송의 높은 비용은 발사체가 한 번만 사용된다는 사실로 설명됩니다. 위성과 우주정거장은 궤도나 행성간 공간에서 작동하여 일정한 과학적 또는 경제적 결과를 가져오는 반면, 복잡한 설계와 고가의 장비를 갖춘 로켓 단계는 대기의 조밀한 층에서 연소됩니다. 당연히 발사체를 다시 발사하여 우주 발사 비용을 줄이는 문제가 제기되었습니다. 그러한 시스템의 많은 프로젝트가 있습니다. 그 중 하나가 우주비행기입니다. 이것은 여객기처럼 우주공항에서 이륙하여 궤도(위성 또는 우주선)에 탑재량을 전달한 후 지구로 돌아올 날개 달린 기계입니다. 그러나 주로 탑재하중의 질량과 기계의 총 질량의 필요한 비율 때문에 그러한 항공기를 만드는 것은 여전히 불가능합니다. 재사용 가능한 항공기의 다른 많은 계획은 경제적으로 수익성이 없거나 구현하기 어려운 것으로 판명되었습니다. 그럼에도 불구하고 미국에서는 재사용 가능한 우주선을 만들기로 했습니다. 많은 전문가들이 그러한 값비싼 프로젝트에 반대했습니다. 그러나 펜타곤은 그를 지지했다. 우주 왕복선 시스템("우주 왕복선")의 개발은 1972년 미국에서 시작되었습니다. 그것은 인공위성과 다른 물체를 지구 근처 궤도로 발사하도록 설계된 재사용 가능한 우주선의 개념을 기반으로 했습니다. 우주 왕복선은 유인 궤도 단계, 두 개의 고체 로켓 부스터 및 이 부스터 사이에 위치한 대형 연료 탱크의 조합입니다. 셔틀은 두 개의 고체 추진제 부스터(각각 직경 3,7미터)와 대형 연료의 연료(액체 수소 및 액체 산소)로 구동되는 궤도 단계의 액체 추진제 로켓 엔진의 도움으로 수직으로 발사됩니다. 탱크. 고체 추진제 부스터는 궤적의 초기 부분에서만 작동합니다. 그들의 실행 시간은 70분이 조금 넘습니다. 고도 90~8,5km에서 부스터는 분리되어 물과 바다로 낙하한 후 해안으로 견인되어 재생 및 재충전 후 다시 사용됩니다. 궤도에 진입하면 연료 탱크(직경 47m, 길이 XNUMXm)가 대기의 빽빽한 층에 떨어져 연소됩니다.
복합체의 가장 복잡한 요소는 궤도 단계입니다. 델타 날개가 달린 로켓 비행기와 비슷합니다. 엔진 외에도 조종석과 화물칸이 있습니다. 궤도 단계는 작은 종횡비의 휩쓸린 날개의 양력으로 인해 기존 우주선과 같이 궤도를 이탈하고 추력 없이 착륙합니다. 날개는 궤도 단계가 범위와 코스 모두에서 약간의 기동을 수행하고 궁극적으로 특수 콘크리트 스트립에 착륙할 수 있도록 합니다. 동시에 무대의 착륙 속도는 시속 약 350km로 어떤 전투기보다 훨씬 빠릅니다. 궤도 단계의 몸체는 섭씨 1600도의 온도를 견뎌야 합니다. 방열판은 동체에 접착된 30922개의 규산염 타일로 구성되어 있으며 서로 단단히 고정되어 있습니다. 우주 왕복선은 기술적으로나 경제적으로나 일종의 타협입니다. 셔틀에 의해 궤도에 전달되는 최대 탑재량은 14,5~29,5톤이며 발사 질량은 2000톤입니다. 동시에 동일한 탑재량을 가진 기존 로켓의 경우 이 수치는 0,8-1,5%입니다. 연료를 제외하고 구조물의 중량에 대한 탑재하중의 비율을 지표로 삼으면 기존 로켓에 대한 이점이 훨씬 더 커질 것입니다. 이것은 우주선 구조를 적어도 부분적으로 재사용할 수 있는 기회에 대한 대가입니다. 우주선과 스테이션의 창시자 중 한 명인 소련 조종사 우주비행사인 K.P. Feoktistov는 셔틀의 경제성을 다음과 같이 평가합니다. "항공기"는 건설을 정당화하기 위해 약 천 톤의 다른화물을 궤도에 올려야합니다. 반면에 우주선의 무게를 줄이고 궤도에서 활동 수명을 늘리는 경향이 있으며, 일반적으로 각각에 대한 일련의 작업을 해결하여 발사 차량의 수를 줄이는 것입니다.
효율성의 관점에서 볼 때 이러한 대용량의 재사용 가능한 운송선을 만드는 것은 시기상조입니다. Progress 유형의 자동 운송 차량의 도움으로 궤도 정거장에 공급하는 것이 훨씬 더 유리합니다.오늘날 셔틀로 우주로 발사되는 화물 25000kg의 비용은 $5000이고 Proton은 $XNUMX입니다. 펜타곤의 직접적인 지원이 없었다면 이 프로젝트는 비행 실험 단계에 도달하지 못했을 것입니다. 프로젝트 초기에 셔틀 사용을 위해 미 공군 본부에 위원회가 구성되었습니다. 군용 우주선이 발사되는 캘리포니아 반덴버그 공군기지에 셔틀 발사대를 건설하기로 결정했습니다. 군사 고객은 우주에 정찰 위성을 배치하는 광범위한 프로그램, 전투 미사일의 레이더 탐지 및 표적화 시스템, 유인 정찰 비행, 우주 지휘소 생성, 레이저 무기가 장착된 궤도 플랫폼 등의 광범위한 프로그램을 수행하기 위해 셔틀을 사용할 계획이었습니다. 궤도에 있는 외계인의 검사 "우주 물체 및 지구로의 배달. 셔틀은 또한 우주 레이저 무기 제작을 위한 전체 프로그램의 핵심 링크 중 하나로 간주되었습니다. 따라서 이미 첫 번째 비행에서 Columbia 우주선의 승무원은 레이저 무기 조준 장치의 신뢰성 확인과 관련된 군사 작업을 수행했습니다. 궤도에 배치된 레이저는 수백, 수천 킬로미터 떨어진 미사일을 정확하게 조준해야 합니다. 1980년대 초반부터 미 공군은 공기와 공기가 없는 공간에서 움직이는 물체를 추적하기 위한 첨단 장비를 개발하기 위해 극궤도에서 수많은 미분류 실험을 준비했습니다. 28년 1986월 39일 챌린저 참사는 미국 우주 프로그램의 추가 개발을 조정했습니다. 챌린저호는 마지막 비행을 시작하여 전체 미국 우주 프로그램을 마비시켰습니다. 셔틀이 연착되는 동안 NASA와 국방부의 협력에 의문이 제기되었습니다. 공군은 효과적으로 우주 비행사 그룹을 해산했습니다. STS-XNUMX라는 이름을 받고 Cape Canaveral로 이전 된 군사 과학 임무의 구성도 변경되었습니다. 다음 비행 날짜는 반복적으로 뒤로 미뤄졌다. 이 프로그램은 1990년에야 재개되었습니다. 그 이후로 셔틀은 정기적으로 우주 비행을 했습니다. 그들은 허블 망원경 수리, 미르 정거장으로의 비행, ISS 건설에 참여했습니다. 소련에서 셔틀 비행이 재개되었을 때 재사용 가능한 선박이 이미 준비되어 여러면에서 미국 선박을 능가했습니다. 15년 1988월 XNUMX일, 새로운 Energia 발사체가 Buran의 재사용 가능한 우주선을 낮은 지구 궤도로 발사했습니다. 기적의 기계에 이끌려 지구 주위를 두 바퀴 도는 그는 아에로플로트 여객기처럼 바이코누르의 콘크리트 활주로에 아름답게 착륙했습니다.
Energia 발사체는 발사체 전체 시스템의 기본 로켓으로, 서로 다른 수의 통합된 모듈식 단계의 조합으로 형성되며 무게가 10에서 수백 톤에 달하는 차량을 우주로 발사할 수 있습니다! 그 기초인 핵심은 두 번째 단계입니다. 높이는 60m, 지름은 약 8m입니다. 수소(연료)와 산소(산화제)로 구동되는 1480개의 액체 추진 로켓 엔진이 있습니다. 지구 표면에서 이러한 각 엔진의 추력은 170kN입니다. 7400개의 블록이 베이스의 두 번째 스테이지 주위에 쌍으로 도킹되어 발사체의 첫 번째 스테이지를 형성합니다. 각 블록에는 지구 근처에서 XNUMXkN의 추력을 가진 세계에서 가장 강력한 XNUMX챔버 엔진 RD-XNUMX이 장착되어 있습니다. 첫 번째 및 두 번째 단계의 블록 "패키지"는 최대 2400톤의 발사 중량과 100톤의 탑재량을 지닌 강력하고 무거운 발사체를 형성합니다. 비행 시작 시 엔진의 총 추력은 36000kN에 이릅니다. "Buran"은 미국의 "Shuttle"과 외관상 매우 유사합니다. 배는 가변 스위프의 델타 날개가있는 꼬리가없는 항공기 계획에 따라 제작되었으며 방향타와 엘레본과 같은 밀도가 높은 대기층으로 돌아온 후 착륙하는 동안 작동하는 공기 역학적 제어 기능이 있습니다. 그는 최대 2000km의 측면 기동으로 대기에서 통제된 하강을 할 수 있었습니다. Buran의 길이는 36,4m, 날개 길이는 약 24m, 섀시의 선박 높이는 16m 이상입니다. 선박의 발사 중량은 100톤 이상이며 그 중 14톤은 연료입니다. 승무원을 위한 밀폐된 전체 용접 객실과 로켓 및 우주 단지의 일부로 비행을 위한 대부분의 장비, 궤도, 하강 및 착륙의 자율 비행이 기수 구획에 삽입됩니다. 캐빈 부피 - 70 입방 미터 이상.
우주의 부란 대기의 조밀한 층으로 돌아갈 때 선박 표면의 가장 열 스트레스를 받는 부분은 최대 1600도까지 가열되는 반면 선박의 금속 구조에 직접 도달하는 열은 150도를 초과해서는 안 됩니다. 따라서 "Buran"은 착륙 중 대기의 빽빽한 층이 통과하는 동안 선박 구조에 정상적인 온도 조건을 제공하는 강력한 열 보호로 구별됩니다. 38개 이상의 타일의 열 차폐 코팅은 석영 섬유, 고온 유기 섬유, 부분적으로 탄소 기반 재료와 같은 특수 재료로 만들어집니다. 세라믹 갑옷은 열을 선체에 전달하지 않고 축적하는 능력이 있습니다. 이 갑옷의 총 질량은 약 9 톤이었습니다. Buran 화물칸의 길이는 약 18m입니다. 그것의 광대한 화물칸은 최대 30톤의 탑재물을 수용할 수 있습니다. 대형 위성, 궤도 스테이션 블록과 같은 대형 우주선을 배치할 수 있습니다. 선박의 착륙 중량은 82톤입니다. "Buran"은 자동 및 유인 비행에 필요한 모든 시스템과 장비를 갖추고 있습니다. 이들은 항법 및 제어 수단, 라디오 엔지니어링 및 텔레비전 시스템, 열 체제를 제어하기 위한 자동 장치, 승무원의 생명 유지 시스템 등입니다. 기동을 위한 두 그룹의 엔진인 주 추진 시스템은 꼬리 부분의 끝과 선체 앞쪽에 있습니다. Energia-Buran 시스템을 Space Shuttle 시스템과 다르게 만든 변경 사항은 다음과 같은 결과를 가져왔습니다. Energia-Buran 시스템에서는 첫 번째 비행에서 궤도선 자체만 재사용 가능한 요소였으며, 첫 번째 단계 블록과 중앙 장치는 출시 과정에서 손실되었습니다. 한편, 미국인과 달리 Buran뿐만 아니라 최대 100톤에 달하는 임의의 무거운 짐을 우주로 발사할 수 있는 보편적인 운송 우주 시스템이 만들어졌으며 미국에서는 셔틀이 운송 시스템의 필수 부분과 화물은 29,5톤으로 제한되었으며 궤도 선의 정렬로 인해 만재 상태로 단일 비행이 이루어지지 않았습니다. 미국에서는 Shuttle-C를 기반으로 일회성 화물 전용 시스템을 만들 계획이 있었지만 실행되지 않았습니다. 저자: Musskiy S.A.
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